JPS5899196A - 単結晶育成装置の直径自動制御機構 - Google Patents
単結晶育成装置の直径自動制御機構Info
- Publication number
- JPS5899196A JPS5899196A JP19558381A JP19558381A JPS5899196A JP S5899196 A JPS5899196 A JP S5899196A JP 19558381 A JP19558381 A JP 19558381A JP 19558381 A JP19558381 A JP 19558381A JP S5899196 A JPS5899196 A JP S5899196A
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- JP
- Japan
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- single crystal
- diameter
- melt
- rotating speed
- torque
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- Pending
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本殉明は、チョクラルスキー法により育成中の単結晶の
直径をリアルタイムで検出し、直径の自動制御が正確に
行なえるようにした単結晶育成装置に関する。
直径をリアルタイムで検出し、直径の自動制御が正確に
行なえるようにした単結晶育成装置に関する。
単結晶材料を得るためには、従来から予習クラルスキー
法が広く採用されているが、この方法で得られる単結晶
材料は一般に丸棒状のインゴットとなっている。
法が広く採用されているが、この方法で得られる単結晶
材料は一般に丸棒状のインゴットとなっている。
そのため、こうした方法で１ｊｌ成された単結晶材料と
しては、可及的大きな直径のものが望ましいのけ勿論と
して、その直径が可能なかぎり一様なものが望ましいっ しかしながら、チョクラルスキー法で育成される単結晶
の直径は、育成条件の僅かの違いによって大きく変化す
るため、単にチョクラルスキー法で単結晶を育成したの
では一様な直径の単結晶材料を得るのは極めて困難で、
一般にはその長手方向に沿って直径が変化した材料しか
得られない。
しては、可及的大きな直径のものが望ましいのけ勿論と
して、その直径が可能なかぎり一様なものが望ましいっ しかしながら、チョクラルスキー法で育成される単結晶
の直径は、育成条件の僅かの違いによって大きく変化す
るため、単にチョクラルスキー法で単結晶を育成したの
では一様な直径の単結晶材料を得るのは極めて困難で、
一般にはその長手方向に沿って直径が変化した材料しか
得られない。
そこで、育成中の単結晶の直径を検出し、それが所定値
になるように、融液の温度などを自動的に制御するよう
にした単結晶直径自動制御装置が使用されており、その
−例を１ｌＡ１図について説明する。
になるように、融液の温度などを自動的に制御するよう
にした単結晶直径自動制御装置が使用されており、その
−例を１ｌＡ１図について説明する。
この装置は重量検知方式などと呼ばれているもので、餉
１図において、１は重量検出器、２は育成されつつある
単結晶、３はるつぼ、４は単結晶化されるべき原料の融
液、５は表示装蓋、６は直径制御器、７は時間対重量プ
ログラム設定器、８は高−波誘導加熱用の発振器である
。
１図において、１は重量検出器、２は育成されつつある
単結晶、３はるつぼ、４は単結晶化されるべき原料の融
液、５は表示装蓋、６は直径制御器、７は時間対重量プ
ログラム設定器、８は高−波誘導加熱用の発振器である
。
重量検出１ｆ！１は単結晶２を引上げるための引上機構
全体の重量を濶定し、単結晶２の成長に伴なう重量変化
を電気的な信号として制御器６に供給する働きをするも
ので、ロードセルなどと呼ばれる検出機構が用いられて
いる。
全体の重量を濶定し、単結晶２の成長に伴なう重量変化
を電気的な信号として制御器６に供給する働きをするも
ので、ロードセルなどと呼ばれる検出機構が用いられて
いる。
直径制御器６は富緻検出器１からの信号を取り入れ、設
定１１７から与えられている時間対重量プログラムに応
じて発振器８の出力を制御する。
定１１７から与えられている時間対重量プログラムに応
じて発振器８の出力を制御する。
そして、Ｉｉｋ置装出器１により検出された育成中の単
結晶の重量と、発振器８の出力はそれぞれ表示ＢＳによ
って常時表示され、モニターがｆｉＪ能にしである そこで、直径側＃Ｗ６は車量検出器１から与えられる単
結８２の重置を設定器７から与えられるデータと比較し
、成る時間における単結晶２の重量がＩｖｒ宙値となる
ように発振器８の出力を変化させ、融液４の温度を、単
結晶材料の溶融点より僅かに高い点で所定の範囲にわた
って精密に制御し、単結晶２の育成速度を変えてやり、
それによりその直径が所定の一宇値となるように４−る
。
結晶の重量と、発振器８の出力はそれぞれ表示ＢＳによ
って常時表示され、モニターがｆｉＪ能にしである そこで、直径側＃Ｗ６は車量検出器１から与えられる単
結８２の重置を設定器７から与えられるデータと比較し
、成る時間における単結晶２の重量がＩｖｒ宙値となる
ように発振器８の出力を変化させ、融液４の温度を、単
結晶材料の溶融点より僅かに高い点で所定の範囲にわた
って精密に制御し、単結晶２の育成速度を変えてやり、
それによりその直径が所定の一宇値となるように４−る
。
従って、この第１図に示した装置によれば、はぼ一定の
直径を有する単結晶の育成が可能になり、単結晶の利用
効率を改善することができる。
直径を有する単結晶の育成が可能になり、単結晶の利用
効率を改善することができる。
しかしながら、上記した従来技術においては、■ 引上
機構を含む単結晶の僅かな重量変化を検出しなければな
らないため、重量検出器ｌとして極めて敏感なものが必
要になり、そのため、単結晶の着脱に細心の注意が必要
で取扱いが困鍍であり、かつ充分に注意して取扱っても
誤動作を生じ易い。
機構を含む単結晶の僅かな重量変化を検出しなければな
らないため、重量検出器ｌとして極めて敏感なものが必
要になり、そのため、単結晶の着脱に細心の注意が必要
で取扱いが困鍍であり、かつ充分に注意して取扱っても
誤動作を生じ易い。
■ 単結晶の重量変化により間接的に直径変化を検出し
、それによる制御なので応答遅れがあり、育成された単
結晶に微細な直径変化が洩ってその表面が平滑にならな
い。
、それによる制御なので応答遅れがあり、育成された単
結晶に微細な直径変化が洩ってその表面が平滑にならな
い。
という欠点があった。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、取扱
いが簡単で、しかも直径が一様で表面に凹凸のない良好
な状態の単結晶が容易に得られるようにした暎結晶１を
成装置のｍ径自動制御ｗＡ樽を提供するにある。
いが簡単で、しかも直径が一様で表面に凹凸のない良好
な状態の単結晶が容易に得られるようにした暎結晶１を
成装置のｍ径自動制御ｗＡ樽を提供するにある。
この目的を達成するため、本発明は、単結晶引上機構に
与えられている能率と、その結果生じる一転達度から育
成中の単結晶の直径を直接検出して制御を行なうように
した点を特徴とする。
与えられている能率と、その結果生じる一転達度から育
成中の単結晶の直径を直接検出して制御を行なうように
した点を特徴とする。
以下、本発明による単結晶肯成装蓋の直径自動制御機構
の実施例を図面について説明する。
の実施例を図面について説明する。
＃１２図は本発明の一実施例で、育成中の単結晶２、る
つば３、融液４、発揚Ｗ８に＠１図の従来例と同じであ
り、９はモータ、１０は回転ｉ！！！度検、重器、１１
はトルク設定器、１２は時間対直径プログラム設定器、
１３は熱電対などの温度検出器、１４は直径１１１Ｊ
１１器である。
つば３、融液４、発揚Ｗ８に＠１図の従来例と同じであ
り、９はモータ、１０は回転ｉ！！！度検、重器、１１
はトルク設定器、１２は時間対直径プログラム設定器、
１３は熱電対などの温度検出器、１４は直径１１１Ｊ
１１器である。
モータ９はトルク！１２宇器１１から供給される電力に
より所定のトルクを発生し、それを単結晶２の引上機構
に与えて育成中の単結晶２を回転させる。そして、この
ときの回転速度が検出器１０で検出されて直径制御器１
４に入力される。
より所定のトルクを発生し、それを単結晶２の引上機構
に与えて育成中の単結晶２を回転させる。そして、この
ときの回転速度が検出器１０で検出されて直径制御器１
４に入力される。
時間対直径プログラム設定器１２には育成中の単結晶２
の直径に対する目標値を時間の経過について任意に設定
したデータがプログラムされ、それが時間の函数として
直径制御器１４に人力される。
の直径に対する目標値を時間の経過について任意に設定
したデータがプログラムされ、それが時間の函数として
直径制御器１４に人力される。
温度検出器１３は融液４の温度を検出し、それを直径制
御器１４に入力する０ 直径制御器１４は回転速度検出器１０から与えられる育
成中の単結晶２の回転速度を表わすデータΩと、トルク
設定器１１から与えられるモータ９で発生しているトル
クを表わすデータＭと、温良検出器１３から与えられる
融液４の温度を表わすデータを入力とし、まず、融液４
の温度から≠−１ル検索などで融液４のその温度におけ
る密度ρと動粘性係数ｉとを求め、ついでこれら回転速
度ｇ１トルクＭ１密度ρ、動粘性係数ｉから育成中の単
結晶２０半径＆を算出し、これを時間対直径プログラム
設定器１２から与えられている直径Ｄ（ｔ）と比較する
。そして、下記の（１）式が満足されるように発振器８
の出力を変化させてやる。
御器１４に入力する０ 直径制御器１４は回転速度検出器１０から与えられる育
成中の単結晶２の回転速度を表わすデータΩと、トルク
設定器１１から与えられるモータ９で発生しているトル
クを表わすデータＭと、温良検出器１３から与えられる
融液４の温度を表わすデータを入力とし、まず、融液４
の温度から≠−１ル検索などで融液４のその温度におけ
る密度ρと動粘性係数ｉとを求め、ついでこれら回転速
度ｇ１トルクＭ１密度ρ、動粘性係数ｉから育成中の単
結晶２０半径＆を算出し、これを時間対直径プログラム
設定器１２から与えられている直径Ｄ（ｔ）と比較する
。そして、下記の（１）式が満足されるように発振器８
の出力を変化させてやる。
Ｄ（ｉ）−２Ｒ−０−・・・・・・・・・−７（１１即
ち、（１）式が正となったとき、つまり単結晶２の直径
が設定値より大きくなったときに−Ｉま発振器＄の出力
を増加させ、融液４の温度を僅かに上昇させて単結晶の
育成速度を下げ、（１）式カ；負となったらＩｊａ伽磐
８の出力を減少させ、−液４の温度を儀かに下降させて
単結晶の育成速度を上げるようにするのである。
ち、（１）式が正となったとき、つまり単結晶２の直径
が設定値より大きくなったときに−Ｉま発振器＄の出力
を増加させ、融液４の温度を僅かに上昇させて単結晶の
育成速度を下げ、（１）式カ；負となったらＩｊａ伽磐
８の出力を減少させ、−液４の温度を儀かに下降させて
単結晶の育成速度を上げるようにするのである。
なお、このときの融液４の温度変化範囲は、単結晶の生
長が可能な範囲に限宇されるのはいうまでもない。
長が可能な範囲に限宇されるのはいうまでもない。
この結果、上記第２図に示した実施例によれば、育成中
の単結晶２の直径の検出がほとんど１ノアルタイムでし
かも充分な精度を保って行なわれるため、所定の正しい
直径寸法を有し、かつ円柱状インゴツシの表釦にほとん
ど凹凸のない良好な状態の単結晶を得ることができる、
。
の単結晶２の直径の検出がほとんど１ノアルタイムでし
かも充分な精度を保って行なわれるため、所定の正しい
直径寸法を有し、かつ円柱状インゴツシの表釦にほとん
ど凹凸のない良好な状態の単結晶を得ることができる、
。
次に、上記実施例において、Ｉば径制御器１４における
単結晶の直径算出動作につし、・て説明する。
単結晶の直径算出動作につし、・て説明する。
育成中の単結晶２はモータ９によって回転させられてい
るが、このとき単結晶２を同転させるのている部分で生
じる融液４の動粘性による抵抗で決まる。そして、この
ときの抵抗は、融液４の密度ｐと動粘性係数？、単結晶
２の融液４に接している部分の半径凡とその回転速度Ω
によって決まるから、結局、次の（２）式が成立するこ
とｆＪ″−知られている。
るが、このとき単結晶２を同転させるのている部分で生
じる融液４の動粘性による抵抗で決まる。そして、この
ときの抵抗は、融液４の密度ｐと動粘性係数？、単結晶
２の融液４に接している部分の半径凡とその回転速度Ω
によって決まるから、結局、次の（２）式が成立するこ
とｆＪ″−知られている。
９こで、Ｒ；単結晶が融液に接する部分の半径〔σ〕
Ｍ：モータから与えられるトルク（能
率）（Ｎ−淋〕
Ｉ：融液の密度（ｆ／ｉ）
＊：ｓ液の動粘性係数（ｉ／旗〕
Ω：モータの回転速度（Ｒｅｖ／就〕
なお、この（２）式が成立することは、例えば、１９７
２年５月１５日、東京大学出版会発行、東京大学基礎工
学ｌ「応用物理学実験」の５２〜５５頁などにより一知
である。
２年５月１５日、東京大学出版会発行、東京大学基礎工
学ｌ「応用物理学実験」の５２〜５５頁などにより一知
である。
そして、融液４の密度ｐと動粘性係数ンとは、融［４の
組成が判っている以ｔはその温度から一義的に与えられ
るものであり、しかも、融液４の温度は温度検出１１１
３に：よりリアルタイムで簡単に、しかも正確に求める
ことができるから、これらのデータル１ンも単結晶育成
中にリアルタイムで正確に得られる上、単結晶２０回転
速度ｇは回転速度検出１１ｔｏで、そしてモータ９のト
ルクＭは設定器１１でそれぞれいずれもリアルタイムで
正確に得られるから、結局、この実施例においては、単
結晶育成中連続的にほとんど遅れを生じることなく単結
晶２の直径が検出できることになり、ＷＩｉ径のＩＩＩ
ＩＪ ｍを正−に、しかも連続して行なうことができ、
その結果、ｔＩ囲が平滑な単結晶が得られるのである。
組成が判っている以ｔはその温度から一義的に与えられ
るものであり、しかも、融液４の温度は温度検出１１１
３に：よりリアルタイムで簡単に、しかも正確に求める
ことができるから、これらのデータル１ンも単結晶育成
中にリアルタイムで正確に得られる上、単結晶２０回転
速度ｇは回転速度検出１１ｔｏで、そしてモータ９のト
ルクＭは設定器１１でそれぞれいずれもリアルタイムで
正確に得られるから、結局、この実施例においては、単
結晶育成中連続的にほとんど遅れを生じることなく単結
晶２の直径が検出できることになり、ＷＩｉ径のＩＩＩ
ＩＪ ｍを正−に、しかも連続して行なうことができ、
その結果、ｔＩ囲が平滑な単結晶が得られるのである。
また、この実施例では、単結晶２の引上＋ＩＡ榊に必安
な検出器が回転速度検出器ｌＯだけであり、このような
回転速度検出器は高精度で、しかもその１ｇ１転達度を
人力する部分の構造が畦純で機械的に極めて丈夫なもの
が＠易に得られるため１単結晶２の取付け、取外し時な
どに加えられる外力によって破指したり、誤差を生じた
りする虞れを全く生じないようにでき、取扱いが極めて
容易な単結晶育成装置を得ることができる。
な検出器が回転速度検出器ｌＯだけであり、このような
回転速度検出器は高精度で、しかもその１ｇ１転達度を
人力する部分の構造が畦純で機械的に極めて丈夫なもの
が＠易に得られるため１単結晶２の取付け、取外し時な
どに加えられる外力によって破指したり、誤差を生じた
りする虞れを全く生じないようにでき、取扱いが極めて
容易な単結晶育成装置を得ることができる。
なお、以上の実施例では特に説明しなかったが、このよ
うな単結晶育成装置の単結晶育成時における回転速度は
、一般に数〜数１ ＯＲＰＭ程麿に保たれ、このときの
単結晶の引出速度は数〜ｌＯ数鰭位が一般的である。
うな単結晶育成装置の単結晶育成時における回転速度は
、一般に数〜数１ ＯＲＰＭ程麿に保たれ、このときの
単結晶の引出速度は数〜ｌＯ数鰭位が一般的である。
以上説明したように、本発明によれば、高精度のもので
は構造が脆弱でかつ誤差を生じ糾い重絃検出器が不要で
、しかも育成中の単結晶の直径がりアルタイムで連続的
に高精度で検出できるから、従来技術の欠点を除き、比
較的荒い取扱いによっても誤差を生じる虞れがなくて取
扱いが容易になり、直径の制御が正確に遅れなく行なえ
て表面が滑かな単結晶が容易に得られる単結晶育成装置
の直径自動制御機構を提供することができる。
は構造が脆弱でかつ誤差を生じ糾い重絃検出器が不要で
、しかも育成中の単結晶の直径がりアルタイムで連続的
に高精度で検出できるから、従来技術の欠点を除き、比
較的荒い取扱いによっても誤差を生じる虞れがなくて取
扱いが容易になり、直径の制御が正確に遅れなく行なえ
て表面が滑かな単結晶が容易に得られる単結晶育成装置
の直径自動制御機構を提供することができる。
ｔＩｓ１図は直径自動制御機構を備えた単結晶育成装置
の従来例を示す模式ブロック図、１１１１図は本発明に
よる直径自動制御＋Ｎ榊の一実施例を備えた単結晶育成
装置の一例を示す模式プａツク図・２・・・・・・育成
中の単結晶、３・・・・・・るつぼ、４・・・・・・融
液、８・・・・・・高−波騎導加熱用発振器、９・・・
・・・モー＃、１０・・・・・・回転速度検出器、１１
・・・・・・トルク設定器、１２・・・・・・時間対ｌ
径プログラム設定器、１３・・・・・・温度検出器、１
４・・・・・・直径制御器。
の従来例を示す模式ブロック図、１１１１図は本発明に
よる直径自動制御＋Ｎ榊の一実施例を備えた単結晶育成
装置の一例を示す模式プａツク図・２・・・・・・育成
中の単結晶、３・・・・・・るつぼ、４・・・・・・融
液、８・・・・・・高−波騎導加熱用発振器、９・・・
・・・モー＃、１０・・・・・・回転速度検出器、１１
・・・・・・トルク設定器、１２・・・・・・時間対ｌ
径プログラム設定器、１３・・・・・・温度検出器、１
４・・・・・・直径制御器。
Claims (1)
- チョクラルスキー法により育成中の単結晶の直径を検出
し、所定値の１＆径を有する単結晶が得られ本ようにし
た単結晶育成装置において、単結晶育成中の結晶引上機
構に与えられている能率と、それによる単結晶引上装置
の同転速度によって育成中の単結晶の直径を検出するよ
うに構成したことを特徴とする単結晶育成装置の直径自
勉制御機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19558381A JPS5899196A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | 単結晶育成装置の直径自動制御機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19558381A JPS5899196A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | 単結晶育成装置の直径自動制御機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5899196A true JPS5899196A (ja) | 1983-06-13 |
Family
ID=16343546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19558381A Pending JPS5899196A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | 単結晶育成装置の直径自動制御機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5899196A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0293757A2 (de) * | 1987-05-30 | 1988-12-07 | Forschungszentrum Jülich Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Bestimmungsgrösse für den Übergangsbereich zwischen Schmelze und Kristall |
| EP0619387A1 (en) * | 1993-03-29 | 1994-10-12 | Research Development Corporation of Japan | Pull method for growth of single crystal using density detector and apparatus therefor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4965388A (ja) * | 1972-10-27 | 1974-06-25 |
-
1981
- 1981-12-07 JP JP19558381A patent/JPS5899196A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4965388A (ja) * | 1972-10-27 | 1974-06-25 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0293757A2 (de) * | 1987-05-30 | 1988-12-07 | Forschungszentrum Jülich Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Bestimmungsgrösse für den Übergangsbereich zwischen Schmelze und Kristall |
| EP0619387A1 (en) * | 1993-03-29 | 1994-10-12 | Research Development Corporation of Japan | Pull method for growth of single crystal using density detector and apparatus therefor |
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